受蜘蛛“聽毛”啟發的超靈敏柔性氣流傳感器

蜘蛛可以對從3米以外傳來的聲音做出反應，這對于身長只有幾毫米、視力很差、沒有耳膜的生物來說著實令人稱奇。研究發現，這要歸功于蜘蛛身上數量眾多的絨毛，這些絨毛使得蜘蛛與外界環境接觸面積大大增加，從而可以對空氣中微弱的氣流波動做出探測與響應，故這些絨毛又被稱為“聽毛”。

據報道，清華大學張瑩瑩課題組受蜘蛛“聽毛”結構的啟發，設計了一種基于絨毛狀導電織物的超靈敏能性氣流傳感器。以絲綢作為原料，通過負載催化劑和高溫氣相沉積與絲蛋白裂解過程，實現了絨毛狀碳納米管在碳化絲綢上的原位生長，該絨毛織物中每根纖維都被絨毛狀碳納米管所包裹，與外界氣流具有非常大的接觸面積。由于碳納米管具有良好的能性，即使微小的氣流也將引起其變形，從而使得整個結構的電阻發生變化，因此，依據其電阻與氣流之間的依賴關系，可以用于制備氣流傳感器。該材料獨特的結構賦予了氣流傳感器優越的性能，包括氣流檢測限低（～0.05m/s）、響應時間短（～1.3 s）、對多角度氣流的響應（0°～90°），以及良好的循環穩定性。

此外，該超靈敏絨毛狀織物基傳感器還可以與普通碳化絲綢基氣流傳感器結合，用于實現寬氣流檢測范圍（0.05～7.0 m/s）。在上述基礎上，研究人員展示了該氣流傳感器的潛在應用。例如，佩戴在特殊工作環境的人員身上，可監測外界氣流變化并用LED 燈泡的亮滅實時預警潛在危險；通過對傳感器吹氣，根據摩爾斯電碼來傳輸信息；提醒在外行走的盲人附近有快速移動的物體，以進行碰撞預警等。該傳感器便捷的制作方法、優越的傳感性能和良好的能性與透氣性有助其在能性智能紡織品和可穿戴電子領域發揮應用價值。